一种亮度非均匀性在线补偿的图像处理方法技术

本发明专利技术公开了一种亮度非均匀性在线补偿的图像处理方法。本发明专利技术结合机器视觉缺陷检测场景的特征，通过序列图像提取邻近区域内非均匀性光照在工件表面非缺陷区域上的成像亮度信息，参考光响应非均匀性的校正步骤，设定均匀光照亮度期望值，获得该区域内非均匀亮度的补偿增益参数，实现亮度非均匀性的在线补偿。本发明专利技术避免了亮度非均匀性离线补偿方法使用单一视场区域计算补偿增益导致的工件表面其他区域出现过补偿或欠补偿的情况，并避免了FFT滤波等在线图像处理算法导致的图像细节特征失真和无法适应工件边缘图像等问题。征失真和无法适应工件边缘图像等问题。征失真和无法适应工件边缘图像等问题。

【技术实现步骤摘要】
一种亮度非均匀性在线补偿的图像处理方法


[0001]本专利技术涉及机器视觉缺陷检测领域，尤其涉及一种亮度非均匀性在线补偿的图像处理方法。

技术介绍

[0002]目前，制造业对生产效率和产品质量提升的需求不断增加，随着图像算法的普及以及算力成本的迅速下降，基于图像信息实现对产品质量检测以及生产工艺优化的机器视觉方法在工业界得到了广泛的应用。机器视觉系统主要包括光源、镜头、成像相机和计算硬件四个组件，同时每个组件根据不同的应用场景可以选用不同的类型，例如光源的形状、颜色、是否同轴等参数，镜头的视场、口径、是否远心等参数，相机的像素分辨率、线阵或面阵等参数以及计算硬件的系统架构、实时性等参数。
[0003]机器视觉系统的检测能力是否能够达到要求，前提是能够获得低噪声、低失真的图像信息。相机每个成像像素的光电信号响应函数可以表示为y=K*x+B ，其中x为像素表面接收到的光信号强度，y为像素对应输出电压幅值，K对应光电转换环节中的增益值，B对应光电转换环节中的偏置值。理想情况下，每个像素的光电信号响应函数完全相同；实际情况中，不同像素的增益K、偏置值B由于CMOS制造工艺、ADC等外围电路的增益和噪声波动，不会完全一致。因此在相机厂家出厂时以及搭配整套光学系统进行成像时，都有必要进行相应的预采集和校正工作。常规采用的校正操作包括对光学系统进行暗信号非均匀性(Dark Signal Non
‑
Uniformity，DSNU)和光响应非均匀性(Photo Response Non
‑
Uniformity，PRNU)的校正。暗信号非均匀性的校正步骤为在全黑的环境下（ x=0 ）获得像素响应电平值的波动并进行偏置补偿；光响应非均匀性的校正步骤为在完全均匀的光照条件下（像素间x相等）获得像素响应电平值的波动并进行增益补偿。
[0004]上述的校正步骤已经能够满足大多数工业检测的需求，前提在于视场范围内光照亮度均匀或者光照不均匀性引起的图像噪声可以忽略。然而，当视场范围内光照亮度不均匀，并且光照亮度不均匀性引起的图像噪声会直接影响到检测精度时，上述的校正步骤无法满足最终的测量要求，需要补充对光照亮度不均匀性的校正步骤。
[0005]相机像素光电信号响应函数中像素表面接收到的光信号强度x可以分解为x=I*r，其中I为该像素位置对应的光照亮度，r为该像素位置对应的工件表面反射率参数，因此常规的光照亮度不均匀性的校正步骤可以参考光响应非均匀性的校正方法，在实际的不均匀光照亮度条件下，获得像素响应电平值的波动，并进行K*I总增益参数的补偿。
[0006]如图1所示，上述的光照亮度不均匀性校正步骤在检测开始前独立实施，是一种离线的补偿方式，在整个检测环节采用一套固定的K*I总增益补偿参数，因此要求整个检测环节中光照亮度不均匀性始终保持一致，否则则会导致过补偿或欠补偿的情况。
[0007]然而，机器视觉系统在实际工作场景中，光照亮度的不均匀性会随着光源稳定性、检测成像距离等条件的变化而变化。例如在大多数精密检测测量系统中，为获得更高的空间分辨力，往往采用小视场、浅景深的共焦光学系统，在检测过程中工件成像距离的变化会
导致工件表面成像亮度的明显变化，无法获得清晰的检测图像。
[0008]为了获得清晰的检测图像，可以通过对焦高度控制使得工件的成像距离恒定，从而光源在特定位置的不均匀性分布也保持恒定。若无法实现工件表面的对焦高度自动控制，则需要一种针对光照亮度不均匀性的在线的补偿方式。如图3所示，根据光照亮度不均匀性在图像中表现的特征形态，有算法提出对应的特征提取算法并将这类特征从图像中滤除，例如光源不均匀性在线阵相机图像中呈现条状特征，通过FFT滤波去除图像中的阴影和条纹。这个方法的不足之处在于，频域处理带来的频谱泄漏会导致部分细节特征边缘模糊，并且FFT滤波处理只能针对矩形图像区域，当成像到工件边缘轮廓区域时，图像中工件表面区域存在阴影和条纹特征，非工件表面区域为纯黑背景，FFT滤波方法无法对这类图像进行处理。
[0009]因此，提供一种亮度非均匀性在线补偿的图像处理方法是本领域技术人员亟待解决的一个技术问题。

技术实现思路

[0010]为了克服现有技术中存在的缺陷，本专利技术公开了一种亮度非均匀性在线补偿的图像处理方法。
[0011]本专利技术采用的技术方案包括以下步骤：步骤1：通过机器视觉检测系统对成像相机进行暗信号非均匀性和光响应非均匀性的校正工作；所述步骤1中：成像相机每个成像像素的光电信号响应函数表述为：y
ij =K
ij
*I ij *r
ij
+B
ij
其中，i,j为像素坐标；K
ij
为出厂状态下相机每个像素的增益值；B
ij
为出厂状态下相机每个像素的偏置值；I
ij
为每个像素位置对应的光照亮度；r
ij
为每个像素位置对应的成像表面反射率；y
ij
为像素对应输出电压幅值，即为像素值；经过暗信号非均匀性和光响应非均匀性的校正工作后，光电信号响应函数变为：y
ij = K
ij *K'
ij
* I
ij *r
ij
+ B
ij
+B'
ij
使K
ij *K'
ij
为恒值， B
ij
+B'
ij
为零值后，光电信号响应函数简化为：y
ij =G * I
ij * r
ij
其中，G= K
ij * K'
ij
；K'
ij
为补偿增益；B'
ij
为补偿偏置。
[0012]步骤2：2.1）将待检工件置于机器视觉检测系统的检测区域中，打开系统的照明光源，成像相机对检测区域进行成像；2.2）将待检工件移动微小距离，成像相机在同一位置继续对检测区域进行成像；也可以不移动待检工件，在待检工件没有缺陷的位置进行多次成像。
[0013]所述微小距离为一个像素的距离；2.3）重复步骤2.2），获得多幅（超过五十幅）图像文件；所述步骤2中：每次成像获得的图像文件对应的光电信号响应函数为：
其中，n表示图像对应的序号。
[0014]具体实施时，对于线阵相机，沿线阵相机像素排列的垂直方向依次移动待检工件，将每次移动后成像获得的线阵相机图像序列进行拼接得到工件表面图像，为未经过亮度非均匀性补偿操作的图像。
[0015]所述步骤2中：待检工件的移动总距离大于所有缺陷特征中最大典型尺寸的十倍。
[0016]所述步骤2中：待检工件具有均匀介质表面。
[0017]步骤3：步骤2获得的这些图像成像位置相邻或重合，可以认为光源的不均匀性在这些图像中保持一致，取步骤2每幅图像中相同像素位置的像素值组成序列，求取像素值序列的中位数或平均数，作为当前像素位置在工件本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种亮度非均匀性在线补偿的图像处理方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：通过机器视觉检测系统对成像相机进行暗信号非均匀性和光响应非均匀性的校正工作；步骤2：成像相机对检测区域进行成像，获得多幅图像文件；步骤3：取步骤2每幅图像中相同像素位置的像素值组成序列，求取像素值序列的中位数或平均数，作为当前像素位置在工件表面无缺陷情况时的像素值Y
ij
；步骤4：根据步骤3对每幅图像中的所有像素位置进行遍历，获得所有像素位置对应的像素值；步骤5：设定像素均匀亮度值M，将设定的像素均匀亮度值除以每个像素位置对应的像素值，即得每个像素最终对应的补偿增益；步骤6：将步骤5得到的每个像素对应的补偿增益按序排列得到补偿增益表，将该补偿增益表用于当前检测区域图像的增益补偿，从而实现当前检测区域内光照亮度不均匀性的补偿；步骤7：进入其他检测区域后，按照上述步骤1~6重新计算，实现亮度非均匀性的在线补偿效果。2.根据权利要求1所述的一种亮度非均匀性在线补偿的图像处理方法，其特征在于，所述步骤1中：成像相机每个成像像素的光电信号响应函数表述为：y
ij =K
ij
*I ij *r
ij
+B
ij
其中，i,j为像素坐标；K
ij
为出厂状态下相机每个像素的增益值；B
ij
为出厂状态下相机每个像素的偏置值；I
ij
为每个像素位置对应的光照亮度；r
ij
为每个像素位置对应的成像表面反射率；y
ij
为像素对应输出电压幅值，即为像素值；经过暗信号非均匀性和光响应非均匀性的校正工作后，光电信号响应函数变为：y
ij = K
ij *K'
ij
* I
ij *r
ij
+ B
ij
+B'
ij
使K
ij *K'
ij
为恒值， B
ij
+B'
ij
为零值后，光电信号响应函数简化为：y
ij =G * I
ij * r
ij
其中，G= K
ij * K'
ij
；K'
ij
为补偿增益；B'
ij
为补偿偏置。3.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨青，陆宏杰，庞陈雷，卓桐，王智，王兴锋，牛春阳，殷源，刘旭，
申请(专利权)人：之江实验室，
类型：发明
国别省市：